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动物TRPM8受体低温敏感功能的获得机制研究

批准号:
32100372
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
陆先翠
依托单位:
学科分类:
动物生理与行为
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
陆先翠

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
探究动物温度感知受体的功能演化是揭示动物环境温度适应机制的关键切入点。TRPM8是唯一被广泛证实的冷敏感受体,但是关于TRPM8的功能演化尚不完全清楚,阻碍了人类对动物低温感受调控多样性及其意义的认识。TRPM8的冷激活功能主要受两个关键结构域调控:其中,温度响应元件使TRPM8获得低温敏感的功能,而耦联结构域决定TRPM8的冷激活效率。在我们前期的工作中揭示了不同物种TRPM8耦联结构域的功能多样性及其生物学意义(PNAS, 2020),但尚未回答TRPM8低温敏感功能的获得机制(温度响应元件)。在本项目中,我们将识别TRPM8的温度响应元件,揭示其功能演化过程,探讨其功能多样性的生物学意义。目前,我们初步识别了TRPM8的温度响应元件并开展了部分功能多样性检测。因此,本项目有望通过对TRPM8温度响应元件功能演化的研究,揭示动物TRPM8低温敏感功能的获得机制及其生物学意义。
英文摘要
Exploring the functional evolution of animal temperature sensing receptor is the key point to reveal the mechanism of animal adaptation to environmental temperature. TRPM8 is the only widely recognized cold sensitive receptor. However, the functional evolution of TRPM8 is still unclear, which hinders the understanding of the regulatory diversity of animal cold sensing and its biological significance. The cold activation of TRPM8 is mainly regulated by two key domains: the temperature sensitive elements make TRPM8 obtain cold activation function, and the coupling domain determines the cold activation efficiency of TRPM8. In our previous work, we revealed the functional diversity of TRPM8 coupled domains in different species and its biological significance (PNAS, 2020). However, the evolution of TRPM8 cold activation has not been answered (temperature sensitive elements). In this project, we will focus on the functional evolution of the TRPM8 temperature sensitive elements and the biological significance of its functional diversity. Until now, we have preliminarily identified the TRPM8 temperature sensitive elements, and detected some functional diversity of this elements. Therefore, this project is expected to reveal the acquisition mechanism and biological significance of TRPM8 cold sensitive function by studying the functional evolution of the TRPM8 cold sensitive elements.
动物从海洋迁移至陆地是进化史上的关键事件。与海洋中相对稳定的温度环境相比,陆地环境因空气的低比热容而呈现剧烈的温度波动,这推动了陆生动物演化出快速而精准的温度感知能力,以适应复杂多变的环境。在分子层面,分布于皮下神经末梢的温度敏感TRP通道是关键感受器。其中,热敏感受体(如TRPV1)起源较早,广泛存在于鱼类、昆虫和两栖动物的基因组中,而冷敏感受体trpm8基因仅见于陆生脊椎动物,并未在鱼类等低等动物中发现。因此,深入研究TRPM8的起源及进化机制,不仅有助于理解动物的温度感知与适应性进化,还能揭示其在低温响应中的结构功能原理。本项目以不同物种的TRPM8通道为研究对象,通过进化分析、功能检测、结构域嵌合、非天然氨基酸ANAP荧光成像、蛋白质三维结构计算建模等手段开展了以下3个方面的研究:(1)分析trpm8基因起源于什么物种以及trpm8基因的起源机制;(2)探究TRPM8冷激活功能获得的进化机制及其进化生物学意义;(3)探究TRPM8冷激活功能调控的分子机制及其适应性意义。通过研究,本项目获得以下3个方面的关键数据:(1)通过基因组分析,我们发现硬骨鱼缺乏TRPM8基因,而肺鱼是最早拥有该基因的物种。TRPM8基因的起源源自TRPM2基因的复制与外显子重排,但肺鱼的TRPM8蛋白尚无冷激活功能。(2)功能研究发现,大部分两栖类和爬行动物的TRPM8具备冷敏感性,而肺鱼、蚓螈和绿海龟的TRPM8不响应低温。正选择分析显示,冷敏感性相关的关键位点集中于TRPM8的N端区域。研究揭示,MHR1-3结构域的进化赋予了TRPM8的冷敏感性,该结构域能够在低温下独立发生构象变化,而非冷敏感性TRPM8缺乏这一能力。(3)在MHR1-3结构域进化的基础上,陆生脊椎动物通过调整TRPM8的孔区结构来提升冷激活效率以适应不同生境温度。通过本项目的研究,揭示了TRPM8“起源—冷激活功能获得—冷激活效率调控”的完整机制。该研究不仅推进了我们对低温感知起源和进化的理解,同时在生物物理层面深化了对TRPM8冷激活机制的认识。
胎生动物TRPA1的热激活功能进化机制研究
  • 批准号:
    32370505
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    51万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    陆先翠
  • 依托单位:
国内基金
海外基金